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The Effects of Hydrostatic Pressure on the Surface Plasmon Resonance of Gold Nanocrystals

DOI:10.1021/acsnano.8b07104 期刊:ACS Nano 出版年份:2018 更新时间:2025-09-04 15:30:14
摘要: The surface plasmon resonances of gold nanospheres and nanorods have been measured as a function of hydrostatic pressure up to 17 GPa in methanol-ethanol 4:1 solvent and up to 10 GPa in paraffin. Both the sphere resonance and the longitudinal rod resonance exhibit redshifts while the transverse rod mode shows an extremely weak redshift or blueshift depending on the nanorod aspect ratio. Solidification of the solvent around 11 GPa causes some aggregation of the particles, readily identified through broadening of the SP band and further redshifting. Loading and unloading cycles show only minimal hysteresis in the spectra if the pressure remains below 11 GPa. The surface plasmon shifts are the result of two competing effects. Compression of the conduction electrons in the metals increases the bulk plasma frequency, which causes a blueshift. However, the increase in the solvent density under hydrostatic load leads to an increase in the solvent refractive index, which in turn leads to a redshift. We find that after accounting for the solvent contribution, we can spectroscopically determine the bulk modulus of the gold nanoparticles with a precision of 10%. The value obtained of K0 = 190 GPa is significantly higher than the value for bulk gold (167 GPa). Furthermore, we show that pressure-induced solidification causes a significant broadening and anomalous shift of the surface plasmon band that we attribute to aggregation and nanorod deformation.
作者: Camino Martín-Sánchez,José Antonio Barreda-Argüeso,Susanne Seibt,Paul Mulvaney,Fernando Rodríguez
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Investigating the effects of hydrostatic pressure on the surface plasmon resonance of gold nanospheres and nanorods to deduce the mechanical stiffness of the crystals.

The study concludes that the bulk modulus of gold nanoparticles is about 15% higher than that of bulk gold, with a value of 190 GPa. Pressure-induced solidification of the solvent leads to aggregation and deformation of the nanoparticles, causing significant broadening and anomalous shifts in the surface plasmon band.

The study is limited by the hydrostatic range of the pressure-transmitting media and the potential for non-hydrostatic effects at higher pressures. The analysis assumes no change in particle shape under hydrostatic load, which may not hold if plastic deformations occur.

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